基于量子蟻群算法的多無人機協(xié)同航跡規(guī)劃研究.pdf

1、多無人機協(xié)同偵察和攻擊是未來信息化戰(zhàn)爭中一種重要的軍事行動方式，在完成多無人機協(xié)同作戰(zhàn)任務過程中，多無人機協(xié)同航跡規(guī)劃技術是戰(zhàn)斗行動成敗的一個重要因素，已經成為各軍事強國研究的一個重點領域，國內外學者對其產生了強烈的興趣。量子蟻群算法，即將螞蟻各路徑上的信息素進行量子比特編碼，得到一種新的信息素—量子信息素，量子蟻群算法的實質就是在蟻群算法中融合進量子特性，相應的信息素的更新規(guī)則變?yōu)橥ㄟ^量子旋轉門策略與最優(yōu)路徑相結合來實現(xiàn)。本文采用量子

2、蟻群算法對多無人機協(xié)同航跡規(guī)劃問題進行系統(tǒng)的研究，主要分為兩部分。
　　第一部分，多無人機協(xié)同航跡規(guī)劃系統(tǒng)結構研究。本文將無人機系統(tǒng)進行分解成三層。在航跡規(guī)劃層中，先利用Voronoi圖進行環(huán)境建模，將無人機連續(xù)威脅環(huán)境離散化，然后利用量子蟻群算法為每一架戰(zhàn)斗無人機規(guī)劃出多條航跡代價比較小的備選航跡。在協(xié)同規(guī)劃層中，在多無人機協(xié)同作戰(zhàn)中的受到時間和空間的協(xié)同約束下，本文定義了協(xié)同時間變量和協(xié)同函數(shù)，通過二者交叉組合，從多條備選航跡

3、中為每架無人機確定一條最優(yōu)航跡，使得整個無人機系統(tǒng)的航跡代價最小。在航跡平滑層中，因為得到的由Voronoi邊連接而成的最優(yōu)初始航跡的航跡段連接處是無人機飛行不了的尖角，采用基于時間的開關最優(yōu)控制法對其進行平滑處理，使其成為可飛航跡且不改變航跡長度來，保證建立的時間協(xié)同性不被破壞。
　　第二部分，重點介紹和研究了量子蟻群算法。量子蟻群算法是量子計算和蟻群算法相結合的一種概率優(yōu)化算法，因為量子計算具有并行性、存儲容量指數(shù)級以及指數(shù)加

4、速等優(yōu)點，所以量子蟻群算法可以有效的克服蟻群算法中易陷入局部最優(yōu)解及計算速度慢等方面的不足。為了綜合考慮算法在執(zhí)行過程中精確度目標和搜索效率的需求，本文運用自適應的量子旋轉角調整策略來實現(xiàn)量子信息素更新。并通過研究發(fā)現(xiàn)，在解決典型的TSP問題中，量子蟻群算法通過利用量子信息素及距離信息來創(chuàng)建路徑，使得算法的收斂性得到很大的提高，從而提高了算法的性能。最后本文將量子蟻群算法運用到多無人機航跡規(guī)劃中，并進行實驗，與傳統(tǒng)的蟻群算法進行比較分析